Nonostante la crescita della popolarità dei sensori di inclinazione MEMS, i sensori di inclinazione elettrolitici rimangono uno standard per le applicazioni industriali, come spiega Shawn Orr, ingegnere di The Fredericks Company.
Grazie anche al loro uso diffuso in applicazioni commerciali, i sensori di inclinazione e gli accelerometri MEMS sono più diffusi e spesso più facilmente riconoscibili da progettisti e consumatori. Nonostante questo fatto, negli ultimi anni i sensori di inclinazione elettrolitici hanno continuato a mostrare una significativa crescita di popolarità per le applicazioni industriali. Alcune di queste applicazioni includono veicoli da costruzione, strumenti di costruzione come i livelli laser, il livellamento RV (veicoli ricreativi), il posizionamento mobile via satellite e il monitoraggio geofisico e strutturale. In queste applicazioni, la durata del prodotto viene misurata in anni, non in mesi, e la precisione dei sensori è di fondamentale importanza per l'utente finale. È anche fondamentale che questa precisione sia mantenuta per tutto il tempo in cui il prodotto dell'utente finale rimane sul campo.
Il costo dell'alta precisione
La precisione è la metrica delle prestazioni più importante per qualsiasi sensore di inclinazione, che la maggior parte dei produttori specifica combinando diverse specifiche tra cui, ma non solo, la ripetibilità, la deriva, la linearità e le prestazioni in temperatura. Ci sono notevoli differenze nella precisione, e più specificamente nella ripetibilità, offerta dai sensori di inclinazione MEMS disponibili in commercio rispetto ai sensori di inclinazione elettrolitici. I sensori di inclinazione elettrolitici più economici possono offrire una ripetibilità da ±0,001° (±5 secondi d'arco) a ±0,1°, mentre i sensori elettrolitici di fascia più alta raggiungono una ripetibilità inferiore al secondo d'arco. Questa estrema precisione è offerta solo dai sensori di inclinazione MEMS più costosi, che spesso richiedono anche più costosi componenti di supporto, aggiungendo ancora di più al costo totale del prodotto finale.
Costi dei componenti di supporto
Piccole variazioni di tensione possono avere un effetto significativo sulla precisione dei sensori di inclinazione MEMS. In particolare, possono causare deriva nel tempo e nella temperatura che può comportare la necessità di ricalibrare il sensore. Per ottenere prestazioni ottimali, le alimentazioni di tensione altamente precise e stabili (e ad alto costo) devono essere integrate nei progetti che utilizzano i sensori di inclinazione MEMS per applicazioni industriali o di alta precisione. In confronto, il principio di misura raziometrico usato per i sensori di inclinazione elettrolitici li rende molto meno suscettibili alle variazioni di tensione e consente l'uso di alimentatori a basso costo.
Longevità e durata
Un altro fattore che può avere un impatto significativo sulle prestazioni di un sensore di inclinazione è la sua durata ambientale. In questo caso, i sensori di inclinazione MEMS possono essere vincolati dalle loro opzioni di imballaggio e dai loro intervalli di temperatura. I sensori di inclinazione elettrolitici off-the-shelf, al confronto, offrono un intervallo di temperatura di funzionamento da -40 °C a 85 °C con intervalli di temperatura di stoccaggio che vanno da -55 °C a 125 °C e sono forniti di serie in una confezione ermeticamente sigillata.
Un altro modo in cui la durata ambientale può influenzare le prestazioni dei sensori di inclinazione MEMS nel tempo è attraverso le variazioni delle proprietà dei materiali. Se si semplifica la progettazione di un sensore MEMS e lo si pensa come una molla con una massa di prova attaccata ad esso, mentre la molla si muove durante la vita del sensore ed è esposta a urti, vibrazioni e temperature estreme, la sua costante della molla cambierà. Al contrario, i sensori elettrolitici non contengono parti in movimento e quindi non mostrano alcun degrado delle prestazioni a causa di urti, vibrazioni o temperature estreme nel tempo. Le opzioni di imballaggio e montaggio dei sensori elettrolitici di inclinazione includono alcune opzioni diverse, alcune che possono essere saldate direttamente su un PCB e altre che possono essere montate esternamente e cablate su un PCB. La disponibilità del montaggio a foro passante fornisce una connessione robusta e rende più facile garantire l'allineamento del sensore che può essere più impegnativo con un pacchetto di sensori di inclinazione MEMS a montaggio superficiale.
Semplicità dell'integrazione
C'è un comune malinteso secondo cui i sensori di inclinazione elettrolitici sono difficili da integrare in un progetto rispetto ai sensori di inclinazione MEMS perché i sensori elettrolitici richiedono componenti in CA per un segnale di azionamento in CA. La realtà è che un sensore elettrolitico può essere integrato con tutti i componenti in corrente continua, compreso un microcontrollore (che è già presente nella maggior parte dei progetti moderni) e un op-amp con alcuni componenti passivi tra cui resistenze e condensatori.
Il futuro dei sensori di inclinazione elettrolitici
I sensori di inclinazione elettrolitici sono stati ampiamente utilizzati almeno dagli anni '60, con produttori come Fredericks che hanno continuato ad innovare e migliorare questa tecnologia già ben consolidata nel 21° secolo.